ICP-MS技術(shù)在食品中重金屬元素快速檢測中的應(yīng)用研究

鉛（Pb）、汞（Hg）、砷（As）和鎘（Cd）等重金屬元素具有極強(qiáng)的毒性、累積性以及在體內(nèi)難以代謝的特性，若長期存在于食品鏈中，會(huì)嚴(yán)重威脅人類的身體健康。因此，監(jiān)測食品中的重金屬污染是保障食品安全的重要環(huán)節(jié)。ICP-MS技術(shù)憑借卓越的靈敏度和高分辨率，成為重金屬元素檢測的有力工具，能夠?qū)崿F(xiàn)對食品中多種重金屬元素的快速、高效檢測。本文就ICP-MS技術(shù)在食品中重金屬元素快速檢測中的應(yīng)用展開深入探討，以期更好地實(shí)現(xiàn)其在食品安全檢測中的標(biāo)準(zhǔn)化、優(yōu)化與創(chuàng)新。

一、相關(guān)概念界定

（一）ICP-MS技術(shù)

電感耦合等離子體質(zhì)譜（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS）是基于質(zhì)譜原理的分析技術(shù)，通過將樣品引入高溫等離子體中，生成離子后進(jìn)行質(zhì)量分析，被廣泛應(yīng)用于元素分析和同位素分析。ICP-MS技術(shù)的核心原理是將樣品在電感耦合等離子體（ICP）中蒸發(fā)、離解并電離，生成離子后通過質(zhì)譜分析器進(jìn)行分離、檢測與定量。ICP的高溫（約8000—10000K）能夠有效將復(fù)雜基質(zhì)中的元素轉(zhuǎn)化為單一的離子形式，從而提高元素檢測效率和靈敏度。同時(shí)，ICP-MS技術(shù)還可以定性和定量分析樣品中的元素含量，對其同位素進(jìn)行精確分析，在環(huán)境監(jiān)測、食品安全、臨床檢測等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

（二）重金屬元素在食品安全中的意義

重金屬元素是指相對密度較大、通常具有生物累積性和毒性的金屬元素。常見的重金屬有鉛（Pb）、汞（Hg）、鎘（Cd）、砷（As）及鉻（Cr）等，它們在自然環(huán)境中廣泛存在，能夠通過空氣、土壤、水源等多種途徑進(jìn)入食品系統(tǒng)，對食品安全構(gòu)成極大的威脅，具體如表1所示。

二、食品中重金屬元素的檢測需求

（一）食品中重金屬污染的來源和種類

食品中重金屬污染的來源和種類錯(cuò)綜復(fù)雜，表2總結(jié)了食品重金屬污染的主要來源、常見的重金屬種類及其污染途徑和可能造成的影響，對這些污染源進(jìn)行監(jiān)管和控制有助于保障食品安全。

（二）食品安全標(biāo)準(zhǔn)與監(jiān)管要求

食品安全標(biāo)準(zhǔn)與監(jiān)管要求在控制食品中重金屬含量及其對消費(fèi)者健康的影響方面發(fā)揮著重要作用。食品安全標(biāo)準(zhǔn)旨在根據(jù)科學(xué)研究和風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果，反映不同重金屬對人體健康的毒性，考慮各種食品攝入量、污染物傳播特性以及人群暴露風(fēng)險(xiǎn)的差異。如鉛、汞、鎘和砷等重金屬在體內(nèi)累積會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)、腎臟和消化系統(tǒng)等器官受到損害，且兒童和孕婦對這些污染物的敏感度遠(yuǎn)高于成人。因此，國家標(biāo)準(zhǔn)會(huì)根據(jù)不同的群體風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行差異化管理，有效避免高風(fēng)險(xiǎn)群體暴露。

（三）檢測需求的科學(xué)與社會(huì)背景

食品中重金屬元素的檢測需求源自對環(huán)境污染的日益關(guān)注，也反映了科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展對食品安全標(biāo)準(zhǔn)逐步提升的影響。從科學(xué)背景來看，重金屬的生物累積性、持久性和毒性使其在食品鏈中的傳播具有長期性和隱蔽性，傳統(tǒng)的檢測方法存在靈敏度不足、檢測時(shí)間長和樣品前處理繁瑣等問題。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，先進(jìn)的檢測技術(shù)逐漸成為食品中重金屬元素檢測的重要手段。在社會(huì)背景方面，隨著食品安全意識的提高，公眾對食品中重金屬的檢測要求也愈加迫切。社會(huì)各界對食品安全問題的關(guān)注推動(dòng)了政策制定者和監(jiān)管機(jī)構(gòu)對檢測技術(shù)和手段的重視，逐步形成了較為完善的食品安全監(jiān)管體系。

三、ICP-MS技術(shù)在特定食品類別中的應(yīng)用

（一）海產(chǎn)品中重金屬的檢測

1.海產(chǎn)品的特殊性及重金屬風(fēng)險(xiǎn)。海產(chǎn)品在全球食品消費(fèi)中占據(jù)重要地位，但特殊的生長環(huán)境使其成為了重金屬污染的高風(fēng)險(xiǎn)載體。海洋環(huán)境中的重金屬通常來源于工業(yè)排放、農(nóng)業(yè)徑流以及自然地質(zhì)過程等多種途徑，可在海水中通過吸附、溶解等方式進(jìn)入海洋生物體內(nèi)。不同于陸生動(dòng)物，海產(chǎn)品對水體污染物的吸收具有較強(qiáng)的生物親和力，該特征使得海產(chǎn)品中某些重金屬（如汞、鉛、鎘和砷）的濃度遠(yuǎn)高于其他來源的食物。

2.ICP-MS檢測方法的適用性。海產(chǎn)品中重金屬污染物的檢測要求通常涉及極低濃度的污染物，且不同金屬之間存在復(fù)雜的共存關(guān)系，容易受其他化學(xué)物質(zhì)干擾。ICP-MS技術(shù)則以優(yōu)異的檢測靈敏度和廣泛的元素范圍，成為海產(chǎn)品中痕量重金屬檢測的首選方法。ICP-MS的核心優(yōu)勢在于其極低的檢測限和能夠同時(shí)檢測多種重金屬元素，并能夠在較短的時(shí)間內(nèi)提供精確的分析結(jié)果，有效避免同元素不同同位素之間的干擾，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。然而，海水中的鹽分、海產(chǎn)品富含的有機(jī)物質(zhì)以及其他礦物質(zhì)會(huì)對ICP-MS的檢測結(jié)果產(chǎn)生干擾。

（二）農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的檢測

1.農(nóng)產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)源與重金屬類型。重金屬元素能夠通過土壤、水體和空氣等途徑進(jìn)入農(nóng)田，最終被植物的根系吸收，積累在果實(shí)、葉片、莖干等部位，成為消費(fèi)者潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)源。具體如表3所示。

2.方法的適應(yīng)性調(diào)整與驗(yàn)證。在農(nóng)產(chǎn)品重金屬檢測中采用ICP-MS技術(shù)時(shí)，會(huì)面臨不同農(nóng)產(chǎn)品種類、復(fù)雜基質(zhì)以及極低濃度污染物的挑戰(zhàn)。不同農(nóng)作物的有機(jī)物、礦物質(zhì)以及水分含量存在差異，使樣品基質(zhì)的復(fù)雜性大大增加，從而導(dǎo)致重金屬信號得到抑制或增強(qiáng)，影響檢測靈敏度和精度。為確保ICP-MS方法的可靠性，必須對不同農(nóng)產(chǎn)品樣品進(jìn)行前處理和基質(zhì)優(yōu)化，可以通過酸消解技術(shù)的改進(jìn)、樣品基質(zhì)匹配技術(shù)的應(yīng)用以及選擇性分離和濃縮步驟的引入進(jìn)行常規(guī)調(diào)整，有效減少基質(zhì)效應(yīng)的干擾，提高儀器對目標(biāo)元素的響應(yīng)能力，從而確保對農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的準(zhǔn)確檢測。對方法的驗(yàn)證則是為了確保檢測結(jié)果的可信度，ICP-MS方法的驗(yàn)證是對儀器性能的簡單評估，需要考慮不同農(nóng)產(chǎn)品類型所存在的分析誤差和潛在偏差。

（三）加工食品中重金屬的檢測

1.加工食品的重金屬風(fēng)險(xiǎn)評估。加工食品的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，通常來源于原材料中的重金屬積累、加工過程中的重金屬污染以及儲(chǔ)存和運(yùn)輸中的不當(dāng)處理。特別是在食品加工業(yè)中，若原材料來源廣泛且難以控制，將導(dǎo)致其在生產(chǎn)過程中成為潛在的重金屬污染源。比如，部分農(nóng)產(chǎn)品由于土壤和水源污染，早已將重金屬元素富集至體內(nèi)，進(jìn)入加工環(huán)節(jié)時(shí)，若污染物未完全去除，將影響最終產(chǎn)品的安全性。另外，在加工過程中，某些加工工藝（如高溫處理、焙烤或焙炙等）還會(huì)促進(jìn)重金屬的釋放和濃縮。

2.技術(shù)應(yīng)用中的特殊要求與處理。在應(yīng)用ICP-MS技術(shù)對加工食品進(jìn)行重金屬檢測時(shí)，要重點(diǎn)關(guān)注樣品前處理的優(yōu)化和基質(zhì)效應(yīng)的減弱，因?yàn)榧庸み^程中所使用的添加劑、調(diào)味料及其所包含的其他化學(xué)物質(zhì)常會(huì)與重金屬元素相互作用，從而影響ICP-MS檢測的準(zhǔn)確性。為此，消解過程中需合理選擇酸性介質(zhì)，并控制溫度和時(shí)間，避免由過度氧化或絡(luò)合反應(yīng)導(dǎo)致的干擾，確保ICP-MS分析能夠準(zhǔn)確反映目標(biāo)元素的真實(shí)含量。另外，隨著加工工藝的不斷發(fā)展，罐頭、烘焙食品、飲料等不同類型的加工食品會(huì)在不同加工環(huán)節(jié)引入不同的基質(zhì)干擾，通過與重金屬離子的競爭吸附或反應(yīng)而影響ICP-MS檢測的靈敏度。因此，ICP-MS檢測技術(shù)需要通過基質(zhì)匹配、內(nèi)標(biāo)法等手段進(jìn)行優(yōu)化。比如，內(nèi)標(biāo)元素的引入可以有效校正響應(yīng)儀器的變化，抵消由樣品基質(zhì)效應(yīng)引起的信號偏差，提高測量的準(zhǔn)確性。

作者簡介：彭鈺涵（1998—），女，漢族，湖南湘潭人，碩士研究生，研究方向?yàn)镮CP-MS方法、食品中金屬元素的測定。